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提高回收率不仅需要更先进的技术，还需要更智能的塑料包装废弃物收集方式。源头分类——即在家庭层面将塑料、金属等材料进行分类收集——虽已捕获大量废弃物流，但由于误投和非参与行为，仍有相当数量的废弃物残留于混合家庭垃圾中。后分选（PoSo）作为单桶收集的替代方案被提
提高回收率不仅需要更先进的技术，还需要更智能的塑料包装废弃物收集方式。源头分类——即在家庭层面将塑料、金属等材料进行分类收集——虽已捕获大量废弃物流，但由于误投和非参与行为，仍有相当数量的废弃物残留于混合家庭垃圾中。后分选（PoSo）作为单桶收集的替代方案被提出以期提高捕获率，但污染可能损害回收质量的担忧始终存在。研究人员基于从单一物料回收设施（MRF）采集的样本证明，以目标聚合物百分比表达的包块纯度在源头分类与后分选路径间相似，但后分选包块含有更多污染物，包括镉（Cd）和铅（Pb）等禁用金属。后分选样本具有更高的水分和污垢含量，可能导致复杂挥发性有机化合物（VOCs）增加并需要额外清洗。由于非包装物品的存在，金属和卤素浓度升高，可能损害回收质量并进一步复杂化机械回收和化学回收过程。尽管后分选可作为有益补充，但不应取代源头分类。研究结果表明，后分选能够增加回收原料，但也成为某些污染物进入塑料包装废弃物的途径，使浓度升高至典型水平以上，若这些污染物在再生料生产前未被去除，则存在人体健康风险。随着后分选对实现循环目标变得至关重要，这些发现具有特别意义。
## 研究背景与问题
全球塑料产量在2024年已超过413.8百万吨
12，但仅约9%被回收
13。收集与分选仍是关键瓶颈
1，受低收集系统效率
3,14、公众不遵守规定以及物料回收设施（MRFs）局限性驱动。因此，高达65%的欧洲塑料包装废弃物（PPW）被转入由可回收和不可回收塑料包装组成的混合残余流
4,5。收集与分选策略差异显著：源头分类系统中，家庭将可回收物分离，通常作为多材料流（例如塑料包装、金属和饮料纸盒（PMD））或通过单流或双流系统收集；相比之下，混合废弃物系统将所有废弃物一起收集并依赖下游后分选。全球范围内，塑料回收仍依赖混合废弃物收集后接后分选（PoSo），范围从非正规回收到混合废弃物MRFs
15，在中国
16、巴西
17和澳大利亚
18等国家回收率常低于15%。在美国，多种收集系统并存，但通常仅针对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶和高密度聚乙烯（HDPE）容器，导致整体塑料回收率同样偏低（<15%）
19,20。相反，拥有成熟源头分类系统的国家如比利时、荷兰和德国，收集率超过70%
3,14，回收率超过50%。然而，即使这些系统也因家庭误投而在PMD流中保留7-30%的非目标材料
21,22，且分选和处理过程中的损失造成收集率与回收率之间的差距。
这些局限性加上后分选技术的进步，引发了后分选或混合方法是否能超越源头分类的问题
6,7。尽管讨论常优先考虑回收量，再生料质量对于替代原生材料至关重要
23。此处"再生料质量"指决定终端产品功能的预期机械和技术性能。由于该概念具有情境依赖性
24-27，研究未直接测量而是通过原料质量指标推断。后分选处理包括非包装塑料在内的异质流，可能增加污染并强化数量-质量权衡
3。尽管原料异质性已知会限制再生料质量
3,28，但跨收集系统的比较分析仍然匮乏
7,29。先前研究
8显示源头分类与后分选包块间的低密度聚乙烯（LDPE）和聚丙烯（PP）差异微小，HDPE则无差异，包括洗涤后。然而，再生料质量超越聚合物组成和机械性能；附着水分和污垢水平（LAMD）、VOCs以及痕量污染物（金属、卤素）等因素尽管对再生料质量
11,23,28及其对机械回收和化学回收的相关性
31-33有影响，但仍表征不足。
源头分类与后分选之间的争论持续两极分化，关于数量-质量权衡的定量证据有限。本研究通过关于聚烯烃富集废弃物流（即约占全球塑料废弃物60%）的综合数据集解决这一空白。研究人员探究后分选能否交付高质量包块、残余废弃塑料是否污染更重且气味更重、以及后分选对可用回收原料的定量影响。这些问题通过荷兰广泛的采样活动进行检验，使用单一工业规模设施，在相同分选线上但不同时间处理源头分类和后分选流，实现一致条件下的可控比较。
## 关键技术方法
样本采自荷兰北部一家于2023年4月（PMD）和6月（PoSo）运营的单一工业设施，该设施处理来自同一地区的两种平行收集系统废弃物：源头分类PMD（塑料包装、金属和饮料纸盒）和混合残余家庭废弃物的后分选PMD分数，均在相同分选线（鼓筛、磁选、涡电流、风选、近红外分选和人工质量控制）上处理。研究人员采用系统取样策略，收集LDPE、PE硬质、PP硬质和混合塑料包块样本，以及特定目标物品（如洗发水瓶等，每种至少10件）和非包装塑料物品（玩具、纺织品、废旧电气电子设备（WEEE）等）。分析技术包括：用于聚合物组成的衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）；通过清洗前后称重量化LAMD；用于元素分析的电感耦合等离子体发射光谱和燃烧离子色谱；以及用于VOC分析的头空固相微萃取-气相色谱-质谱联用。此外，研究人员开发了基于聚类的物料流分析模型，对欧盟27国加3国（EU27+3）和美国在10-75%残余废弃物后分选情景下的回收原料可用性进行量化，采用蒙特卡洛模拟（10,000次运行）处理参数不确定性，并进行资本支出（CAPEX）的规模数量级评估。
## 研究结果
**跨流相似的包块纯度**：当以干重为基础定义包块纯度（即分选包块中目标聚合物的比例）时，源头分类（PMD）和后分选（PoSo）样本显示出可比的目标聚烯烃含量：LDPE包块分别含67.0±18.0 wt%和71.1±6.7 wt%聚乙烯（PE）；PE硬质分别含79.1±3.3 wt%和80.6±35 wt% PE；PP硬质分别含85.9±1.4 wt%和80.3±1.5 wt% PP。混合PoSo包块还含有15.7 wt%部分塑料物品（如玩具、纺织品、WEEE）和26.1 wt%非目标材料。高聚烯烃含量可能源于非包装塑料物品（如家用物品和园艺工具），这些通常由单材料HDPE或PP制造。
**残余塑料更脏且气味更重**：研究人员假设塑料与有机废弃物的混合导致污染增加（以LAMD衡量）。分析支持此假设：源头分类塑料废弃物中观察到的最高LAMD（混合塑料，12.8 wt%）低于后分选中观察到的最低值（PE硬质，14.9 wt%）。在PoSo中，LAMD从PE硬质（14.9 wt%）递增至PP硬质（17.6 wt%）和LDPE（19.1 wt%），混合塑料达26 wt%。相比之下，源头分类LDPE、PE硬质和PP硬质显示较低值（分别为8.0 wt%、9.9 wt%和12.1 wt%）。LDPE和PP显示更高的VOC面积计数和化学化合物多样性，LDPE中差异最显著：PMD中VOC低，但PoSo柔性材料中增加三倍。化学类别分布差异显著：LDPE和PP硬质PoSo显示比PMD对应物更宽的化学范围。PMD样本中基本缺乏的含氮化合物（胺、酰胺和脲）在PoSo中丰富，可能与残余废弃物中蛋白质丰富的有机物和高水分促进微生物活动及氮化VOCs形成有关。
**收集和包块影响痕量元素**：残余废弃物中回收的塑料显示比源头分类流更高的痕量污染物浓度，且依赖于包块类型和收集路径。洗涤减少金属负荷，但浓度仍然升高，特别是在混合塑料和薄膜包块中相比硬质材料。后分选包块保留更高金属水平，包括镉（Cd）和铅（Pb）等受限元素。Cd在未洗涤PE硬质PoSo中富集（6.3±1.1 ppmw，比源头分类未洗涤PE硬质0.4±0.1 ppmw高>10倍）。Pb普遍存在（1.9-82.3 ppmw），在LDPE和混合塑料中最高，接近法规阈值（ΣPb+Cd+Hg+Cr(VI)<100 ppm）。洗涤使Pb降低52%±37%，但后分选样本仍高出>1,000%。物品分析确认非包装塑料物品为来源：鞋子显示最高Pb水平（382.9±56.2 ppmw和913.4±43.1 ppmw），达未洗涤混合PoSo的52倍，超过包装限值。氯作为关键回收参数，在所有包块中检测到，后分选流中水平更高：LDPE中未洗涤PoSo达2,433±15 ppmw，而未洗涤PMD为1,600±0 ppmw。非包装塑料物品显示最高氯负荷：泡罩包装达285,000 ppmw，玩具达10,300 ppmw。
**残余分选增加原料**：模型显示，在所有聚类中，增加残余废弃物后分选（10-75%）持续提升塑料包装回收。在更高实施水平，所有聚类超过约120-140%的基线回收。EU27+3产生16.1±1.0 Mt（范围13.8-18.5 Mt）消费后PPW，其中6.9±1.1 Mt（范围4.0-10.4 Mt）未源头分类。对于75%情景，6.9 Mt中多达2.5±0.7 Mt（范围0.7-5.0 Mt）可回收，使回收原料从7.7±1.1 Mt增至9.3±1.3 Mt。美国基线回收较低，12.7±0.8 Mt PPW中仅1.3±0.1 Mt，75%情景下可用原料可增至5.4±1.1 Mt。投资需求巨大但差异广泛：EU27+3实现75%情景需要�18 billion（范围�7-62 billion），美国需要US$50 billion（范围US$24-115 billion）。
## 讨论与结论
研究聚焦单一分选设施，允许独立于分选技术评估收集系统。结果表明后分选可显著增加可回收塑料捕获并可能补充源头分类，但额外原料始终与较低材料质量相关。PoSo包块达到与PMD可比的聚合物纯度，但系统显示更高污染，包括升高LAMD、VOCs以及痕量金属和卤素。这些效应具有聚合物特异性：PP硬质跨系统可比，LDPE在PoSo中表现更差，PE硬质显示略好的VOC和氯曲线。
从处理角度，残余废弃物中回收的塑料需要更广泛清洗以减少LAMD和VOCs，增加操作复杂性和成本。然而，洗涤不能完全去除非包装物品引入的嵌入污染物或化学多样性。纺织品、医疗包装和玩具等物品对受限金属（如Pb）和卤化合物的贡献不成比例，可能在多次回收循环中累积并挑战材料质量和法规符合性。
对于化学回收，硬质PoSo分数可能适合作为原料，因其高碳含量（>82 m%），但升高的污染水平特别是LAMD、氯（高达2,400 ppmw）和痕量金属降低有效产率并需要额外升级步骤。混合塑料包块更受限制，因较低碳含量（约73.5 m%）和具有不同元素组成的非包装物品存在，进一步限制转化效率。
模型揭示后分选可能是高杠杆政策干预。后分选率的增量提升在各聚类聚合时产生复合收益，表明当前系统运行于其回收潜力之下。扩展后分选能力可增加原料回收同时减少区域绩效差距。然而，最大化早期阶段捕获——无论是通过改进源头分类还是后分选——仍是提高回收率的最有效杠杆。后分选可增加塑料循环性，但引入一致的原料质量惩罚，对柔性混合塑料流最显著。更高回收率不一定转化为更高循环性，若原料质量下降。尽管包块纯度跨收集路径相似，后分选材料较不适合高级机械回收，增加捕获使原料供应转向较低质量流。这可能转向依赖化学回收路径，其通常具有较低质量产率。系统优化应平衡早期阶段材料捕获与污染控制，限制非包装输入，并保持回收路径间的区分。后分选应被视为有前景的补充策略而非替代单独收集，特别鉴于重金属污染担忧和电池等破坏性物品的存在。
